ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Определение прочности полимерных материалов (режимы испытаний) из "Структура и прочность полимеров Издание третье" В зависимости от условий эксплуатации изделий из полимерного материала к ним предъявляют определенные требования в отношении прочности. В связи с этим возникает необходимость характеризовать прочность значением разрушаюш,его напряжения, максимальным значением удлинения, долговечностью и т. п. Режим деформации в ходе испытаний должен соответствовать режиму работы материала в изделии и быть удобным для определения искомой характеристики прочности. При выяснении общих закономерностей прочности удобно пользоваться режимами, при которых можно проследить влияние одного из факторов (например, температуры) на данный показатель прочности (например, на сГр) при сохранении других факторов неизменными. [c.29] Различают несколько основных режимов деформаций, при которых определяют соответствующие показатели прочности режим постоянства деформирующего напряжения режим постоянства скорости нагружения режим постоянства скорости разгружения режим постоянной скорости деформации, который в большинстве случаев заменяется неадеква1 ным ему режИ]у 0м 11бШянной ско- рости растяжения (в последнем случае аппаратурное оформление сравнительно легко обеспечивает постоянство скорости перемещения одного из зажимов) режим циклического нагружения. Особо следует выделить режим деформации в условиях воздействия агрессивных сред. Если скорость нагружения достаточно велика, то испытание носит характер удара. Прочность при таком режиме характеризуется величиной ударной вязкости. В последние годы все больший интерес со стороны исследователей прочности полимерных материалов проявляется к показателям резания [4, с. 386—404]. [c.29] Для измерения небольших изменений долговечности необходимы устройства для быстрого нагружения образцов и малоинерционные системы, способные регистрировать напряжения, кратковременно возникающие в образце. В противном случае время нагружения при переменном напряжении может оказаться сравнимым с долговечностью, определяемой при постоянном напряжении. [c.29] Для правильного измерения долговечности необходимо, чтобы напряжение оставалось постоянным на протяжении всего времени испытания, иначе потребуется проведение громоздких пересчетов. [c.29] Удобная и строгая методика определения долговечности была разработана С. Н. Журковым и Э. Е. Томашевским [47, с. 933], которые проводили быстрое нагружение с помощью электродинамического устройства, показанного на рис. 1.8. Легкая пластмассовая катушка 1 с обмоткой из алюминиевой эмалированной проволоки свободно перемещается в кольцевом зазоре электромагнита 2. Индукция магнитного поля в зазоре, создаваемого обмоткой 3, достигает 1 Т. Изменяя силу тока в катушке, можно прикладывать к испытуемому образцу 5, присоединенному к подвижной системе, растягивающую силу необходимой величины. Чтобы иметь возможность управлять формой силового импульса при ударном нагружении, между образцом и подвижной катушкой включен жидкостный демпфер 4, выполненный в виде трех легких дюралюминовых дис-ков с отверстиями, помещенных в ста-кан с маслом. Необходимый коэффициент затухания подбирают, поворачивая один диск относительно другого и изменяя тем самым степень открытия отверстий. Вместо механического демпфера можно применить электрическое устройство. [c.30] Кратковременные усилия, действующие на образец, удобно регистрировать осциллографическим методом. Схема состоит из емкостного датчика,производящего амплитудную модуляцию тока высокой частоты, усилителя, детектора и катодного осциллографа. Благодаря высокой частоте собственных колебаний датчика (до 100 кГц) достигается неискаженная запись усилий в диапазоне частот от О до 5000—10 000 Гц. Прибор работает следующим образом. Усилие, действующее на образец, вызывает прогиб мембраны датчика, изменение емкости которого преобразуется в изменение электрического напряжения. Полученный электрический сигнал усиливается и производит вертикальное смещение луча на экране трубки осциллографа. Одновременно с подачей тока на катушку I (см. рис. 1.8) включается временная разверстка, которая осуществляет горизонтальное смещение луча осциллографа. На экране трубки осциллографа регистрируется изменение приложенного к образцу усилия во времени. [c.30] Применяемые обычно для механических испытаний полимерных материалов машины работают при постоянной скорости перемещения зажимов. Долгое время серийных машин для стандартных испытаний полимеров с постоянной скоростью нагружения не было [50, с. 126]. [c.32] Испытания по различным описанным выше программам могут проводиться на различных установках. Одной из наиболее современных испытательных машин является модель фирмы Инстрон . [c.32] Если тело подвергается действию изменяющихся во времени напряжений, то его разрущение происходит непрерывно в соответствии с характером изменений действующего напряжения. Если напряжение действовало в течение времени то вследствие необратимости процесса разрушения долговечность после испытания уменьшится. Можно принять это относительное уменьшение долговечности равным При дальнейшем воздействии деформирующей нагрузки происходит дальнейшее уменьшение долговечности, соответствующее и т. д. Когда сумма относительных уменьшений долговечности станет равной единице, произойдет разрушение. Эта схема, по-видимому, справедлива в тех случаях, когда при деформации не происходит значительного изменения структуры материала, так как в противном случае каждому состоянию деформированного материала будет соответствовать свое, отличное от других состояний, значение относительного уменьшения долговечности. [c.33] Рассматривая материалы, находящиеся в определенном физическом и фазовом состоянии, не изменяющемся в процессе деформации, можно прийти к следующим выводам. [c.33] В подавляющем большинстве случаев Тр А, и вторым членом можно пренебречь, т. е. [c.34] Полученное выражение связывает прочность при постоянном напряжении с прочностью при постоянной скорости роста напряжения. [c.34] Значения долговечности, вычисленные таким образом, представлены на рис. 1.11 (белые кружки). [c.34] Предложенная схема пересчета применима при соблюдении следующих условий каждый из режимов, из которых составляется общий режим нагружения до разрушения, должен описываться линейным уравнением вида 1п Тр = / (а) в процессе нагружения не должно происходить существенного изменения структуры материала процесс разрушения не должен осложняться протеканием химических реакций, активируемых полем механических сил. Последнее условие в общем виде не соблюдается при многократном нагружении [40, с. 286] (утомление, износ). Однако если число циклов до разрушения невелико, то роль химических процессов не успевает заметно проявиться [52, с. 1045] и приведенная выше схема может быть использована. [c.34] Экспериментальное исследование долговечности ряда конструкционных пластмасс при постоянных растягивающих нагрузках показало, что долговечность этих материалов зависит от продолжительности нагружения и отдыха . Уменьшение продолжительности нагружения или увеличение продолжительности отдыха (в известных пределах) сопровождается увеличением долговечности, которое в ряде случаев на 3—4 порядка больше по сравнению с долговечностью при режиме о = onst. Получены данные, свидетельствующие о релаксационной природе процессов, обусловливающих разную долговечность при непрерывном нагружении и нагружении с отдыхом [53, с. 1731 ]. [c.35] Интересно, что как в случае растяжения, так и в случае сжатия гидростатическое давление значительно увеличивает проч-ность и пластичность полимерных материялов. рязруптяюшихса хрупко при одноосном растяжении [55, с. 1043 658]. [c.35] При решении вопроса, какому виду деформации следует подвергать полимер, чтобы определить, будет ли он работать в данном изделии, в ряде случаев необходимо использовать поляризационно-оптический метод определения напряжений [57, с. 1250 58, с. 859]. [c.35] Следует отметить, что полимер можно разорвать не увеличивая, а уменьшая нагрузку. Если в образце в начальный момент создано напряжение а, которому соответствует долговечность Тр то можно подобрать такую скорость нагружения, чтобы в определенный момент истекло время, в течение которого образец может находиться под нагрузкой, не разрываясь. В этот момент образец разорвется. Такой режим соответствует режиму постоянной скорости разгружения. [c.35] Поскольку многократное циклическое нагружение приводит к утомлению полимерного материала, целесообразно классифицировать испытания при циклическом нагружении в соответствии с сочетанием перечисленных характеристик так, как это принято при анализе результатов утомления полимеров. На рис. 1,12—1.15 показаны основные режимы испытаний и представлены возможные комбинации параметров циклического нагружения. Для каждого из четырех основных классов испытаний характерно изменение во времени каких-либо двух из четырех перечисленных параметров при постоянстве двух других. [c.36] Если при данном режиме сохраняется постоянным среднее значение деформации, относительно которого значения деформации колеблются во времени, то среднее значение напряжения будет непрерывно уменьшаться вследствие релаксации напряжения, И наоборот, если сохраняется постоянным среднее значение напряжения, то среднее значение деформации непрерывно возрастает вследствие явления ползучести. Аналогичные рассуждения применимы к значениям X и . [c.36] Вернуться к основной статье